新教材2024高考物理二輪專題復(fù)習(xí)第一編專題復(fù)習(xí)攻略專題八實(shí)驗(yàn)第17講振動(dòng)與波光學(xué)和熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)教師用書

第17講振動(dòng)與波、光學(xué)和熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析命題點(diǎn)一用單擺測(cè)重力加速度的大小1．測(cè)擺長(zhǎng)：用毫米刻度尺測(cè)量出擺線長(zhǎng)L，用游標(biāo)卡尺測(cè)量出小球直徑D，則單擺的擺長(zhǎng)l＝L＋D22．測(cè)周期：將單擺從平衡位置拉開一個(gè)角度(小于5°)，然后釋放小球，記下單擺擺動(dòng)30次或50次全振動(dòng)的總時(shí)間t，則單擺的振動(dòng)周期T＝tN3．?dāng)?shù)據(jù)處理：(1)方法一：由T＝2πl(wèi)g，得g＝4(2)方法二：由單擺周期公式不難推出l＝g4π2T2，因此，多次測(cè)量，描點(diǎn)畫l-求出圖像的斜率k＝lT2＝ΔlΔT2，即可利用例1[2023·新課標(biāo)卷]一學(xué)生小組做“用單擺測(cè)量重力加速度的大小”實(shí)驗(yàn)．(1)用實(shí)驗(yàn)室提供的螺旋測(cè)微器測(cè)量擺球直徑．首先，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微器，擰動(dòng)微調(diào)旋鈕使測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動(dòng)刻度上的零刻度線未對(duì)齊，如圖(a)所示，該示數(shù)為________mm；螺旋測(cè)微器在夾有擺球時(shí)示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為________mm，則擺球的直徑為________mm.(2)單擺實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖如圖(c)所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點(diǎn)O處，擺線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大?。魧⒔嵌缺P固定在O點(diǎn)上方，則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時(shí)，實(shí)際擺角________5°(填“大于”或“小于”)．(3)某次實(shí)驗(yàn)所用單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm，則擺長(zhǎng)為________cm.實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到從擺球第1次經(jīng)過最低點(diǎn)到第61次經(jīng)過最低點(diǎn)的時(shí)間間隔為54.60s，則此單擺周期為________s，該小組測(cè)得的重力加速度大小為________m/s2.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，π2取9.870)例2[2023·湖南卷]某同學(xué)探究彈簧振子振動(dòng)周期與質(zhì)量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示，輕質(zhì)彈簧上端懸掛在鐵架臺(tái)上，下端掛有鉤碼，鉤碼下表面吸附一個(gè)小磁鐵，其正下方放置智能手機(jī)，手機(jī)中的磁傳感器可以采集磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)并輸出圖像，實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)測(cè)出鉤碼和小磁鐵的總質(zhì)量m；(2)在彈簧下端掛上該鉤碼和小磁鐵，使彈簧振子在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，打開手機(jī)的磁傳感器軟件，此時(shí)磁傳感器記錄的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化周期等于彈簧振子振動(dòng)周期；(3)某次采集到的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t變化的圖像如圖(b)所示，從圖中可以算出彈簧振子振動(dòng)周期T＝________(用“t0”表示)；(4)改變鉤碼質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；(5)實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下表所示，分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是________(填“線性的”或“非線性的”)；m/kg10T/sT/sT2/s20.0152.430.2430.0590.0253.140.3140.0990.0353.720.3720.1380.0454.220.4220.1780.0554.660.4660.217(6)設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合物理量的單位關(guān)系，彈簧振子振動(dòng)周期的表達(dá)式可能是________(填正確答案標(biāo)號(hào))；A．2πmkB．2πC．2πmkD．2πkm(7)除偶然誤差外，寫出一條本實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差的原因：________________________________________________________________________.提升訓(xùn)練1.某同學(xué)用單擺測(cè)量重力加速度(1)為了減少測(cè)量誤差，下列做法正確的是________(多選)；A．?dāng)[的振幅越大越好B．?dāng)[球質(zhì)量大些、體積小些C．?dāng)[線盡量細(xì)些、長(zhǎng)些、伸縮性小些D．計(jì)時(shí)的起、止位置選在擺球達(dá)到的最高點(diǎn)處(2)改變擺長(zhǎng)，多次測(cè)量，得到周期平方與擺長(zhǎng)的關(guān)系圖像如圖所示，所得結(jié)果與當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎迪喾?，但發(fā)現(xiàn)其延長(zhǎng)線沒有過原點(diǎn)，其原因可能是________．A．測(cè)周期時(shí)多數(shù)了一個(gè)周期B．測(cè)周期時(shí)少數(shù)了一個(gè)周期C．測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)直接將擺線的長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)D．測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)將擺線的長(zhǎng)度加上擺球的直徑作為擺長(zhǎng)2．[2024·濟(jì)南市測(cè)評(píng)]某實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)室用單擺做測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．(1)擺球的直徑用螺旋測(cè)微器測(cè)出，如圖乙所示，其讀數(shù)為________mm.(2)正確操作測(cè)出單擺完成n次全振動(dòng)的時(shí)間為t，用毫米刻度尺測(cè)得擺線長(zhǎng)為L(zhǎng)，螺旋測(cè)微器測(cè)得擺球直徑為d.用上述測(cè)得量寫出重力加速度的表達(dá)式：g＝______________．(3)某同學(xué)測(cè)得的g值比當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣绕?，可能原因是________．A．計(jì)算時(shí)將L當(dāng)成擺長(zhǎng)B．測(cè)擺線長(zhǎng)時(shí)擺線拉得過緊C．開始計(jì)時(shí)時(shí)，秒表按下過晚D．實(shí)驗(yàn)中誤將30次全振動(dòng)計(jì)為29次命題點(diǎn)二光學(xué)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)例1某小組做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙．(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度________．A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C．選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D．插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是________．(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn)，再過A、B點(diǎn)作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率n＝________．(用圖中線段的字母表示)思維提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的兩種輔助方法方法圖解思維過程輔助線段法作輔助線AB垂直于OB、CD垂直于OD.sinθ1＝ABOA，sinθ2＝CDOC，則n＝sinθ“單位圓”法過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′.sinθ1＝EHOE，sinθ2＝E'H'OE'，OE＝OE'例2圖示是“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)的裝置．實(shí)驗(yàn)中：(1)觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是________．A．旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭B．增大單縫與雙縫間的距離C．調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是________.A．減小單縫與光源間的距離B．減小單縫與雙縫間的距離C．增大透鏡與單縫間的距離D．增大雙縫與測(cè)量頭間的距離提升訓(xùn)練1.[2023·海南卷][本題第(2)小問的物理量是根據(jù)題目編寫的，與原題有些許出入]如圖所示，在用激光測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，玻璃磚與光屏P平行放置，從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射，此時(shí)在光屏上的S1處有激光點(diǎn)，移走玻璃磚，光點(diǎn)移到S2處，(1)請(qǐng)?jiān)趫D中畫出激光束經(jīng)玻璃磚折射后完整的光路圖；(2)已經(jīng)測(cè)出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，則折射率n＝________(用l1、l2、l3表示)；(3)若改用寬度比ab更小的玻璃磚做實(shí)驗(yàn)，則S1S2間的距離會(huì)________(填“變大”“變小”或“不變”)．2．在用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示，則：(1)a、b分別是()A．單縫和雙縫B．雙縫和單縫C．單縫和單縫D．雙縫和雙縫(2)如果雙縫間距是d，雙縫到毛玻璃的距離是L，第一條亮紋到第六條亮紋間距是x，則光的波長(zhǎng)是________．(用x、d、L表示)命題點(diǎn)三熱學(xué)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)例1[2023·山東卷]利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連．活塞上端固定一托盤，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強(qiáng)p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和)，逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示．回答以下問題：(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體________．A．p與V成正比B．p與1V(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為________Pa(保留3位有效數(shù)字)．(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，則在計(jì)算pV乘積時(shí)，他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而________(填“增大”或“減小”)．例2用油膜法估算分子大小的實(shí)驗(yàn)中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是__________________________________________________．實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以__________________________________________________．為得到油酸分子的直徑，還需測(cè)量的物理量是__________________________．提升訓(xùn)練1.(1)在做“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，已經(jīng)準(zhǔn)備的器材有：一定濃度的油酸酒精溶液、燒杯、淺盤和水、玻璃板、彩筆，要完成本實(shí)驗(yàn)，還缺少的器材有________________________________________________________________________.(2)在“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，在哪些方面做了理想化的假設(shè)________________________________________________________________________________________________________________________________________________；實(shí)驗(yàn)中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是純油酸，且只能滴一滴，這是因?yàn)開_______________________________________________________________________________________________________________________________________________；在將油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均勻撒上爽身粉，這樣做是為了________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)下面4個(gè)圖反映“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”實(shí)驗(yàn)中的4個(gè)步驟，將它們按操作先后順序排列應(yīng)是________(用符號(hào)表示)．(4)在做“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，已知實(shí)驗(yàn)室中使用的油酸酒精溶液的體積濃度為c，又用注射器測(cè)得每N滴這種油酸酒精溶液的總體積為V，將一滴這種溶液滴在淺盤中的水面上，在玻璃板上描出油膜的邊界線，再把玻璃板放在畫有邊長(zhǎng)為a的正方形小格的紙上(如圖所示)，測(cè)得油膜占有的小正方形個(gè)數(shù)為X.①每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積的表達(dá)式V0＝________．②油膜的面積表達(dá)式S＝________，從圖中可數(shù)出小正方形的有效個(gè)數(shù)X＝________．③用以上字母表示油酸分子的大小D＝________________________________________________________________________．2．某同學(xué)利用圖(a)裝置驗(yàn)證玻意耳定律：粗細(xì)相同的玻璃管A和B下端用橡皮管相連，管內(nèi)裝有水銀，A管上端封閉，內(nèi)有封閉氣體，B管上端開口．上、下移動(dòng)B管時(shí)，需保持________不變，氣體體積V可以根據(jù)A管上的刻度讀出，利用刻度尺測(cè)出B管液面與A管液面的高度差h.測(cè)得一系列數(shù)據(jù)后，以h為縱坐標(biāo)，得到如圖(b)所示的函數(shù)圖像，則圖像的橫坐標(biāo)應(yīng)為________；圖線與h軸交點(diǎn)的物理含義是______________________．第17講振動(dòng)與波、光學(xué)和熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)命題分類剖析命題點(diǎn)一[例1]解析：(1)測(cè)量前測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí)，圖(a)的示數(shù)為d0＝0mm＋0.7×0.01mm＝0.007mm螺旋測(cè)微器讀數(shù)是固定刻度讀數(shù)(0.5mm的整數(shù)倍)加可動(dòng)刻度(0.5mm以下的小數(shù))讀數(shù)，圖中讀數(shù)為d1＝20mm＋3.4×0.01mm＝20.034mm則擺球的直徑為d＝d1－d0＝20.027mm(2)角度盤的大小一定，即在規(guī)定的位置安裝角度盤，測(cè)量的擺角準(zhǔn)確，但將角度盤固定在規(guī)定位置上方，即角度盤到懸掛點(diǎn)的距離變短，同樣的角度，擺線在角度盤上掃過的弧長(zhǎng)變短，故擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時(shí)，實(shí)際擺角大于5°；(3)單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm，則擺長(zhǎng)為l＝l0＋d2＝81.50cm＋2.00272cm＝一次全振動(dòng)單擺經(jīng)過最低點(diǎn)兩次，故此單擺的周期為T＝2tN＝54.6030s由單擺的周期表達(dá)式T＝2πl(wèi)g得，重力加速度g＝4π2答案：(1)0.007(0.007～0.009均可)20.034(20.034～20.036均可)20.027(20.025～20.029均可)(2)大于(3)82.51.829.83[例2]解析：(3)從圖中可以算出彈簧振子振動(dòng)周期T＝t(5)分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的比值接近于常量3.95，則彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是線性的．(6)因2πmk的單位為kgNm＝因?yàn)閟(秒)為周期的單位，則其它各項(xiàng)單位都不是周期的單位，故選A.(7)除偶然誤差外，鉤碼振動(dòng)過程中受空氣阻力的影響可能會(huì)使本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差．答案：(3)t010(5)線性的(6)A[提升訓(xùn)練]1．解析：(1)單擺只有在最大擺角小于5°時(shí)，其振動(dòng)才可以視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；擺球的質(zhì)量大些、體積小些，可以減小振動(dòng)時(shí)空氣阻力的影響，可以減小測(cè)量誤差，選項(xiàng)B正確；擺線盡量細(xì)些，可減小擺線質(zhì)量的影響，擺線盡量長(zhǎng)些，可保證最大擺角小于5°，伸縮性小些，可使擺動(dòng)過程中擺長(zhǎng)保持不變，選項(xiàng)C正確；由于擺球在通過最低位置時(shí)速度最大，計(jì)時(shí)的起、止位置選在擺球達(dá)到的最低位置，有利于減小計(jì)時(shí)誤差，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．(2)設(shè)擺線長(zhǎng)為L(zhǎng)，擺球半徑為r，則單擺的周期公式為T＝2πL+rg，變化為T2＝4π2L+rg.對(duì)照?qǐng)D3所示的圖像，圖像斜率k＝答案：(1)BC(2)C2．解析：(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為d＝4.5mm＋20.0×0.01mm＝4.700mm(2)單擺完成n次全振動(dòng)的時(shí)間為t，則單擺的周期為T＝t由題可得，單擺的擺長(zhǎng)為l＝L＋d根據(jù)單擺的周期公式T＝2πl(wèi)可得，重力加速度為g＝4π2(3)計(jì)算時(shí)將L當(dāng)成擺長(zhǎng)，此時(shí)得到重力加速度的表達(dá)式將為g′＝4π2lT2＝4π2n2Lt2，可知，此時(shí)測(cè)得的重力加速度將偏小，故A正確；測(cè)擺線長(zhǎng)時(shí)擺線拉得過緊，則導(dǎo)致擺長(zhǎng)l偏大，會(huì)使測(cè)得的重力加速度將偏大，故B錯(cuò)誤；開始計(jì)時(shí)時(shí)，秒表按下過晚，會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的時(shí)間答案：(1)4.700(2)4π2命題點(diǎn)二[例1]解析：(1)采用插針法測(cè)定光的折射率的時(shí)候，應(yīng)選定光學(xué)表面間距大一些的玻璃磚，這樣光路圖會(huì)更加清晰，減小誤差，同時(shí)兩枚大頭針的距離盡量大一些，保證光線的直線的準(zhǔn)確度，因此A、D正確，光學(xué)表面是否平行不影響該實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，因此B錯(cuò)誤，應(yīng)選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針因此C錯(cuò)誤．(2)根據(jù)光的折射定律可知當(dāng)選用平行的玻璃磚時(shí)出射光和入射光應(yīng)是平行光，又因發(fā)生了折射因此出射光的出射點(diǎn)應(yīng)相比入射光的延長(zhǎng)線向左平移，因此D正確．(3)由折射定律可知折射率n＝sin∠AOCsin∠BOD，sin∠AOC＝ACR，sin∠BOD＝答案：(1)AD(2)D(3)AC[例2]解析：(1)若粗調(diào)后看不到清晰的干涉條紋，看到的是模糊不清的條紋，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行；要使條紋變得清晰，值得嘗試的是調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行，故選C.(2)根據(jù)Δx＝ldλ可知要增大條紋間距可以增大雙縫到光屏的距離l，減小雙縫的間距d，故選答案：(1)C(2)D[提升訓(xùn)練]1．解析：(1)光線穿過平行玻璃磚的出射光線和入射光線平行，過S1作BS2的平行線，交ad于C點(diǎn)，連接OC，光路圖如答圖所示．(2)根據(jù)幾何關(guān)系可知，入射角的正弦值sini＝l1l12+l22，折射角的正弦值sinr＝l1-l3l1-l32答案：(1)如圖所示2l1l2．解析：(1)由雙縫干涉原理可知，先用濾光片得到單色光，然后用單縫得到細(xì)長(zhǎng)的光源，最后用雙縫得到兩束相干光，故a、b分別是單縫和雙縫，故選A.(2)第一條亮紋到第六條亮紋間距是x，則相鄰亮條紋間距為Δx＝x5，根據(jù)Δx＝Lλd可得光的波長(zhǎng)是λ＝答案：(1)A(2)dx命題點(diǎn)三[例1]解析：(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體，p與1V成正比．故選(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，則有1V＝110.0mL－1＝100×10－3mL由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為p＝2.04×105Pa.(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，則在計(jì)算pV乘積時(shí)，根據(jù)p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV可知他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而增大．答案：(1)B(2)2.04×105(3)增大[例2]解析：油膜法測(cè)量分子大小需要形成單分子油膜，故而需要減少油酸濃度；一滴油酸的體積非常微小不易準(zhǔn)確測(cè)量，故而使用累積法，測(cè)出N滴油酸溶液的體積V，用V與N的比值計(jì)算一滴油酸的體積；由于形成單分子油膜，油膜的厚度h可以認(rèn)為是分子直徑，故而還需要測(cè)量出油膜的面積S，以計(jì)算厚度h＝VS答案：使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測(cè)出1mL油酸酒精溶